Подробное Описание
Что такое каротажный кабель для нефтяных скважин?
Каротажный кабель для нефтяных скважин — также называемый кабелем на тросе — это специализированный электромеханический кабель, используемый для спуска измерительных приборов (каротажных инструментов) в нефтегазовые скважины для оценки геологических пластов, измерения свойств коллектора и выполнения механических операций. Он одновременно является электрической линией передачи (подает питание вниз к инструменту и данные обратно на поверхность) и механическим несущим элементом (поддерживает вес компоновки инструментов, которая может весить 500 кг и более на глубинах 5 000–7 000 метров).
Кабель на тросе — одно из самых требовательных применений кабеля в мире:
- Температура: глубокая газовая скважина может иметь забойную температуру 175°C. Изоляция и броня кабеля должны сохранять свои электрические и механические свойства при этой температуре — и выдерживать термоциклирование от температуры поверхности (которая зимой в рабочих условиях может составлять –20°C) до забойной температуры в течение нескольких часов
- Давление: на глубине 7 000 м гидростатическое давление бурового или технологического раствора превышает 1 000 бар (100 МПа / 15 000 фунтов/кв. дюйм). Сборка жил кабеля должна предотвращать проникновение жидкости и газа при этом давлении
- Механическая нагрузка: кабель длиной 7 000 м плюс компоновка инструментов массой 500 кг создает примерно 100 кН натяжения на поверхности при подъеме. Проволоки брони несут эту нагрузку, а наружный слой брони также выдерживает истирание о обсадную колонну и каротажный шкив
- Химическая среда: скважинная жидкость может содержать сероводород (H2S) при парциальных давлениях, вызывающих сульфидное растрескивание под напряжением высокопрочной стали; углекислый газ (CO2), вызывающий «сладкую» коррозию; и рассол с концентрацией хлоридов, превышающей 100 000 ppm
- Электрические характеристики: каротажные инструменты передают данные — в современных системах со скоростью до нескольких сотен кбит/с — по кабелю, который может иметь длину 10 км. Емкость и затухание кабеля напрямую ограничивают максимальную скорость передачи данных и рабочую длину кабеля
Конструкция кабеля на тросе — слой за слоем
| Слой | Материал | Функция |
|---|---|---|
| Центральный сердечник | Стальная проволока или волокно | Обеспечивает круглый, стабильный центр для скрутки жил; вносит вклад в прочность на разрыв в некоторых конструкциях |
| Медные жилы (1, 3, 4 или 7) | Многопроволочная медь или медный сплав, изолированные фторполимером (FEP/PFA/PTFE) или PEEK | Передает электрическое питание к скважинному инструменту и сигналы данных на поверхность |
| Сборка жил | Жилы скручены вокруг центрального сердечника; промежутки заполнены водоблокирующим компаундом или герметизированы экструдированной оболочкой | Обеспечивает электрическую и механическую целостность при высоком давлении и температуре |
| Подложка жил | Экструдированный термопласт (обычно ETFE или модифицированный PP) или обмотка лентой | Обеспечивает гладкую цилиндрическую поверхность для проволок внутренней брони; электрически изолирует сборку жил от брони |
| Внутренняя броня | Проволоки GIPS (оцинкованная улучшенная плужная сталь), левая спиральная намотка | Обеспечивает примерно 50% прочности кабеля на разрыв; левая намотка уравновешивает крутящий момент правой наружной брони |
| Наружная броня | Проволоки GIPS, правая спиральная намотка | Обеспечивает оставшиеся 50% прочности на разрыв; наружный слой принимает на себя истирание о обсадную колонну, насосно-компрессорные трубы и каротажный шкив |
Внутренняя и наружная проволоки брони наматываются в противоположных направлениях (встречно-спирально) для получения тормозно-сбалансированного кабеля. Если бы оба слоя были намотаны в одном направлении, кабель раскручивался бы под натяжением, вращая компоновку инструментов на забое скважины — что искажало бы данные ориентации от магнитометров и акселерометров каротажных инструментов.
Моно-кабель против многожильного — выбор правильного кабеля на тросе
| Тип кабеля | Жилы | Типичный наружный диаметр | Типичная разрывная прочность | Применение |
|---|---|---|---|---|
| Моно-кабель | 1 коаксиальный | 5,6 мм (7/32 дюйма) | 13–20 кН | Базовый каротаж в обсаженном стволе, перфорация простыми зарядами, замена гладкого каната |
| 3-жильный | 3 | 8,0 мм (5/16 дюйма) | 23–30 кН | Каротаж в обсаженном стволе, эксплуатационный каротаж, инструменты извлечения труб |
| 7-жильный (Heptacable) | 7 (6 наружных + 1 центральная) | 11,8 мм (15/32 дюйма) | 60–75 кН | Полная оценка пласта в открытом стволе — инструменты электрического сопротивления, акустические, плотностные, нейтронные, ЯМР и отбора проб |
| Коаксиальный + силовой | 1 коаксиальный + 2 силовых провода | 8,0–11,8 мм | 30–60 кН | Специализированные инструменты, требующие высокоскоростных данных (коаксиал) плюс сильноточного питания для скважинных насосов или инструментов отбора проб |
7-жильный heptacable является рабочей лошадкой каротажа в открытом стволе — он обеспечивает достаточно электрических каналов для полного комплекта каротажных инструментов плюс достаточную прочность на разрыв для тяжелой компоновки инструментов. Для операций в обсаженном стволе (оценка цемента, инспекция обсадной колонны, эксплуатационный каротаж) часто достаточно более легкого моно-кабеля или 3-жильного кабеля.
Анализ применений: где используются каротажные кабели на тросе
- Оценка пласта в открытом стволе: после бурения нового участка скважины на кабеле спускается комплект каротажных инструментов для измерения удельного сопротивления пласта, акустической скорости, объемной плотности, нейтронной пористости, естественного гамма-излучения и ядерного магнитного резонанса — данные, используемые для определения нефтегазонасыщенности, литологии и качества коллектора
- Эксплуатационный каротаж в обсаженном стволе: в работающих скважинах каротажные инструменты измеряют профиль притока (какие зоны добывают нефть, газ или воду), обнаруживают коррозию обсадной колонны и оценивают качество сцепления цемента между обсадной колонной и пластом
- Перфорация на кабеле: кумулятивные перфораторы опускаются на кабеле до целевой глубины пласта; электрический сигнал с поверхности инициирует срабатывание зарядов, создавая перфорационные каналы, через которые нефть и газ поступают в ствол скважины
- Внутрискважинные работы и капитальный ремонт: установка мостовых пробок, пакеров и скважинных клапанов на кабеле; фрезерование и извлечение прихваченного оборудования; и скважинный видеоконтроль состояния обсадной колонны и насосно-компрессорных труб
- Каротаж геотермальных скважин: каротажные кабели, рассчитанные на более высокие температуры геотермальных скважин (обычно 200–300°C) — требующие изоляции PEEK или полиимида вместо стандартных фторполимеров
Почему выбрать Yichi для каротажных кабелей нефтяных скважин
- Фторполимерная или PEEK изоляция для температурного номинала, который требует ваша скважина: FEP для скважин до 175°C; PFA для 200°C; PEEK для 200–260°C — Yichi выбирает материал изоляции на основе максимальной ожидаемой забойной температуры скважины, а не по каталогу «до» указанного номинала
- Тормозно-сбалансированная конструкция брони, проверенная на каждой производственной длине: внутренняя и наружная проволоки брони наматываются в противоположных направлениях с контролируемыми шагами намотки. Крутящий момент кабеля под натяжением измеряется на образце каждой производственной длины — каротажный кабель, который вращается под натяжением, искажает данные ориентации инструментов и функционально дефектен
- Металлургия проволоки брони для сероводородных (H2S) скважин: для скважин с сероводородом стандартные высокопрочные стальные проволоки брони подвержены сульфидному растрескиванию под напряжением. Yichi предлагает проволоки брони, изготовленные из марок стали для сероводородных сред по NACE MR0175 для таких скважинных сред
- Емкость и сопротивление жил, измеренные на каждые 1 000 футов: электрические параметры, определяющие качество сигнала — сопротивление постоянному току и емкость при 1 кГц — измеряются и записываются для каждой производственной длины. Для heptacable длиной 30 000 футов (9 км) эти параметры определяют максимальную скорость передачи данных и то, будут ли каротажные инструменты надежно связываться на глубине
- Прямо с завода с полной испытательной документацией по API RP 9B: испытание разрывной прочности, испытание балансировки крутящего момента, электрическое испытание (сопротивление, емкость, сопротивление изоляции при температуре) и контроль размеров — полный комплект сертификации, ожидаемый каротажными сервисными компаниями и нефтегазовыми операторами